Solubiologia eläintiede Solun kemia I - Solun tärkeimmät alkuaineet C HOPKN S CaFe, Mg + Na Cl - Atomien väliset vahvat kemialliset sidokset syntyvät, kun atomit luovuttavat, ottavat tai jakavat keskenään elektroneja. Kovalenttisissä sidoksissa atomit jakavat elektroninsa niin, että niillä on yhteisiä elektroneja uloimmalla elektronikuorellaan. Kovalenttisillä sidoksissa toisiinsa liittyvät atomit muodostavat molekyylejä. Kovalenttinen sidos voi olla polaarinen tai polaariton. Atomin kykyä vetää elektronia puoleensa kutsutaan elektronegatiivisuudeksi. Jos kovalenttisen sidoksen atomien elektronegatiivisuudet ovat yhtä suuret, on sidos polaariton (metaani, hiilen ja vedyn väliset sidokset). Jos elektronegatiivisuus on erilainen, kyseessä on polaarinen sidos (vedessä veden ja hapen välinen ero) - Jos atomien välinen elektronegatiivisuusero on tarpeeksi suuri, elektroneja voi siirtyä kokonaan atomista toiseen. Muodostuu ioneja: positiivisesti arautunut on kationi ja negatiivisesti anioni. Sähköinen voima pitää ionit yhdessä (ionisidos) -Vetysidoksen vahvuus perustuu hyvin elektronegatiivisen alkuaineen (O, N, F) kykyyn vetää elektroneja pois vetyatomilta ja siten tuottaa vetyatomille positiivinen osittaisvaraus. Positiivisesti varautuneen vedyn ja kyseiseen vetyatomiin muutoin sitoutumattoman alkuaineen vapaan elektroniparin välille syntyy edelleen elektrostaattinen vuorovaikutus eli vetysidos. Vetysidos on heikompi kuin kovalenttinen tai ionisidos. -Vesi on yleisliuotin solussa. Osallistuu myös reaktioihin; hydrolyysi. Vesimolekyylien polaariset sidokset mahdollistavatveden erityispiirteen liuottimena. Ioniyhdisteet, kuten suola (NaCl) liukenevat helposti veteen suolakiteidenionien ja polarisoituneiden vesimolekyylien välisiten sähköstaattisten vetovoimien vuoksi. Vesimolekyylit tunkeutuvatsuolakiteidensisään, ja ionit irtoavat toisistaan ja leviävät liuokseen vesimolekyylienmuodostaman vaipan ympäröimänä. Hiiliyhdisteiden toiminnalliset ryhmät: Hydroksyyli (OH), alkoholit. Alkoholi voi muodostaa vetysidoksia, sillä hydroksyyliryhmä on hyvin poolinen, happiatomilla on kaksi vapaata elektroniparia. Hajottaa veden kanssa esiemrkiksi sokereita. KArbonyyliyhdisteet eli aldehydit ja ketonit, happiatomi on situtunut kaksoissidoksella hiiliatomiin. Ryhmä on poolinen. Tioli on orgaanisessa kemiassa yhdiste, jossa on substituenttina yhden vetyatomin ja yhden rikkiatomin muodostama tioliryhmäksi kutsuttu funktionaalinen ryhmä (-SH). Kaksi sulfhydryyliryhmä voi reagoida muodostaen kovalenttisen sidoksen. Fosfaatti Po3-. Metyyli CH3. Happo on aine, joka pystyy luovuttamaan protoneja (H+) ja emäs vastaanottamaan. Vesi toimii emäksen tavoin. Biologisissa yhdisteissä happamat ja emäksiset toiminnalliset ryhmät ovat heikkoja happoja ja emäksiä. Mitä pienempi vetyionin luovutusreaktion tasapainovakio Ka, sitä voimakkaampi happo. Vetyionien pitoisuus liuoksessa on tärkeä solun kemiallisia reaktioita säätelevä tekijä Soluissa tapahtuu kemiallisia reaktioita, joissa monet pienet orgaaniset molekyylit yhtyvät suuriksi molekyyleiksi, makromolekyyleiksi. Muodostavat solujen rakenteen, varastoivat geneettistä materiaalia, ja katalysoivat kemiallisia reaktioita. Ihmiskehon makromolekyylejä ovat polysakkaridit, lipidit, proteiinit ja nukleiinihapot. Kaikki ihmiselimistön makromolekyylit rakentuvat 40-50 monomeerista (yhteisiä bakteereista ihmiseen), mutta erilaisia makromolekyylimuunnelmia on lukemattomia. makromolekyylit muodostuvat monomeeleistä kondensoitumisreaktiolla. Reaktiossa muodostuu aina yksi vesimolekyyli. Reaktio vaatii aina energiaa ja entsyymikatalyysiä. Makromolekyylit hajoavat hydrolyysissä, kuluttaa aina yhden vesimolekyylin. Esim. Ravintoaineet pilkkoutuvat hydrolyysissä. Hiilihydraatit - sokerit Muodostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta Monosakkaridit (monomeereja), joista muodostuu kondensaation välityksellä: Disakkaridit(2 sakkaridia), tai polysakkaridit (monta sakkaridia) Pieniä hiilihydraattimolekyylejä kutsutaan sokereiksi Monia tehtäviä solussa: Energialähde Rakenneosana nukleiinihapoissa, solunseinämänrakenneosa Erilaiset proteiini-hiilihydraattiyhdistymiset
Tunnistustehtävät (esim. proteiiniin kiinnitetty osoitelappu,mannoosifosfaattisokeri, ohjaa lysosomeille tarkoitetut proteiinit solunsisäisessä liikenteessä rakkuloihin, joiden kalvolla on annoosifosfaattireseptori Eläinsoluissa esiintyvistä polysakkarideista glykogeeni toimii energiavarastona, tarvittaessa puretaan pienempiin osiin glukoosiksi. Runsaasti rasvaa sisältäväistä aineista koostuva ryhmä, yhteinäinen piirre on heikko liukenevuus veteen. Lipidit sisältävät pääasiassa hiili- ja vetyatomeja, joten niissä on polaarittomia sidoksia. Lipidit jaetaan:1. Triglyseridit 2. Fosfolipidit 3. steroidit Triglyseridit Tyydyttyneessä rasvahapossa hiilirungon hiiliatomien välillä vain yksinkertaisia sidoksia. Tyydyttämättömän rasvahapon hiilirungossa on useita kaksoissidoksia, ja molekyylissä on vähemmän vetyatomeja kuin vastaavassa tyydyttyneessä molekyylissä. Rasvahapot sitoutuvat glyseroliin glyserolin hydroksyyliryhmien ja vastaavan rasvahapon karboksyyliryhmän välisten kondensaatioreaktioiden välityksellä (esterisidos). Polaariset ryhmät korvautuvat rasvahappojen ja glyserolin välisellä esterisidoksella, mikä tekee triglyserideistä veteen liukenemattomia. Sisältävät runsaasti kemiallista energiaa painoyksikköä kohden, rasvakudos elimistön tärkeä energiavarasto. Varastoituu erityisiin rasvasoluihin, joista muodostuu rasvakudos ihon alle (lämmöneriste), sekä tärkeiden sisäelinten ympärille (iskunvaimennin). Triglyseridit muodostavat vedessä misellin. Fosfolipidit Fosfolipideissä kolmihiilisen glyserolimolekyylin kahteen hiileen on esteröitynyt rasvahappo ja kolmanteen hiileen fosforihappo. Fosforihappoon on lisäksi esteröitynyt vielä toinen alkoholi, esimerkiksi aminoalkoholi koliini. Fosfolipidit ovat erittäin tärkeä rakennekomponentti biologisissa membraaneissa, esimerkiksi solukalvolla. Fosfolipidit soveltuvat hyvin solukalvon rakenteeksi, polaariset päät kääntyneenä kudosnesteenseen, ja solulimaan päin. Hydrofobiset hännät ovat solukalvon keskustaan päin, muodostavat esteen veteen liuenneita hydrofiilisia aineita vastaan. Steroidit Steroideilla 4:n yhteen liittyneen renkaan muodostama hiilirunko. Ominaista polaaristen sidosten vähyys, l. ovat veteen liukenemattomia. Tehtäviä solussa: kolesterodi solukalvon tärkeä osa. Hormoneja, viestinvälitys solujen välillä. D-vitamiini on steroidin muunnos. Sappihapot. Valkuaisaineet eli proteiinit Ratkaisevat merkitys useimmissa solujen toiminnoissa: Kemiallisten reaktioiden katalysaattorit, Rakennusaineet: solujen sisäinen rakenne, tukikudos, Solujen liikuntakyvyn perusta: lihassupistus, soluliikkeet, Immunopuolustus: vasta-aineet, Viestiaineina: hormonit, Reseptorimolekyylit, Kuljettajamolekyylit: punasolun hemoglobiini Protiinit koostuvat yhdestä tai useammasta ketjumaisesta molekyylistä, polypeptidistä. Nämä puolestaan ovat muodostuneet kovalenttisin sidoksin aminohapoista. Sivuketju määrittää aminohapon kemialliset ominaisuudet, jaetaan ryhmiin: Polaariton (hydrofobinen sivuketju) Polaarinen (hydrofiilinen sivuketju) Ionisoitunut (hydrofiilinen sivuketju). Aminohapot voivat liittyä suoriksi ketjuiksi yhden aminohapon karboksyyliryhmän ja vierekkäisen aminohapon aminoryhmän välisten kondensaatioreaktioiden välityksellä. Aminohappojen välisiä sidoksia kutsutaan peptidisidoksiksi, ja aminohappoketjuja polypeptideiksi. Ketju päättyy toisesta päästä aminoryhmään, ja toisessa karboksyyliryhmään. Proteiinit muodostuvat yhdestä tai useammasta ketjusta, jotka ovat kiertyneet, laskostuneet, ja kääriytyneet kerälle makromolekyyli, jolla tarkoin määritelty kolmiulotteinen muoto, konformaatio. Globuraalinen proteiini: tiivis ja pyöreä muoto, voivat sitoutua muihin molekyyleihin. Fibrillaarinen l. kuitumainen proteiini:pitkänomainen ja veteen liukenematon, rakennusaineina. Suuret muutokset liuoksen lämpötilassa, ph:ssa, tai koostumuksessa voivat muuttaa proteiinien konformaatiota siten, että niiden normaali toiminta häiriintyy - > proteiininen denaturoituminen. Entsyymit ovat biologisia katalyyttejä, eli ne nopeuttavat kemiallisia reaktioita. Molekyyliä, johon entsyymin toiminta kohdistuu, kutsutaan substraatiksi. Entsyymien katalyyttinen toiminta perustuu niiden kykyyn alentaa substraattiin kohdistuvan reaktion aktivaatioenergiaa ja nopeuttavat siten reaktiota. Entsyymiä ei kulu reaktiossa. Ovat spesifisiä, jokaisella entsyymillä tietty substraatti, jonka tunnistavat, ja katalysoi vain tiettyä reaktiota. Nukleiinihapot Tieto organismin proteiinien aminohappojärjestyksestä varastoituu solujen perintöainekseen, nukleiinihappoihin. Solujen suurimpia molekyylejä, pystyvät kopioimaan itseään. Nukleiinihapot ovat nukleotideiksi kutsuttujen monomeerien muodostamia polymeerejä. Jokainen nukleotidi koostuu 5:stä hiiliatomista muodostuvasta sokerimolekyylistä, fosfaattiryhmästä ja typpeä sisältävästä emäksestä. Nukleotidien typpiemäkset jaetaan pyrimidiineihin ja puriineihin.
Deoksiribonukleiinihappo eli DNA: tumassa, mitokondriossa ja kloroplastissa. Emäkset A, G,C ja T. kaksoishelix -> pakkautuminen -> kromosomit. Deoksiriboosin D-muoto muodostaa yhdessä fosfaattiosien kanssa DNA:n juosteiden rungon. Vastaava pentoosi RNAssa on D-riboosi. RNA eli ribonukleiinihappo. Sitä on solulimassa ja tumassa. Se eroaa DNA:sta sokeriosalta, deoksiriboosin tilalla on riboosi, ja yhden emäksen osalta, tymiinin tilalla on urasiili. Kolme tunnetuinta RNA-tyyppiä ovat lähetti-rna, siirtäjä-rna ja ribosomaalinen RNA. Lähetti-RNA (mrna) kuljettaa DNA:sta kopioidun geenin tiedot tumasta solulimaan, jossa sen perusteella tuotetaan proteiineja ribosomeissa. Siirtäjä-RNA (trna) siirtää aminohapot proteiinia valmistavalle ribosomille lähetti-rna:n perusteella. Polynukleotidit: Nukleotidit liittyvät toisiinsa siten, että yhden nukleotidin fosfaattiryhmä sitoutuu toisen nukleotidin monosakkaridiosaan. Runko siis muodostuu peräkkäisistä sokeri- ja fosfaattiryhmistä, ja typpiemäkset pistävät ulos ketjusta. RNAmolekyyli muodostuu yhdestä ketjusta, DNA kahdesta polynukelotidiketjusta: Kaksi rihmaa muodostavat kaksoiskierteen, jossa emäkset suuntautuvat keskustaan päin, Rihmoja liittävät toisiinsa vastakkaisten emästen väliset vetysidokset. Solukalvo Solukalvo on puoliläpäisevä kalvo, toisin sanoen jotkut pienmolekyylit (kuten vesi) pääsevät kulkemaan solukalvon läpi osmoottisesti, mutta suurinta osaa kalvoliikenteestä säädellään. Solukalvolla on proteiinien muodostamia säädeltyjä kanavia esimerkiksi erilaisille ioneille ja sokereille. Tämä mahdollistaa sen, että solu voi säilyttää sisällään itselleen optimaaliset olosuhteet, jotka poikkeavat solun ulkopuolella vallitsevista olosuhteista. Myös solukalvon muodolla on merkitystä - esimerkiksi ohutsuolen solujen mikrovillukset lisäävät solun pinta-alaa ja siten mahdollistavat ravintoaineiden paremman imeytymisen. Solukalvon tehtävät: rajaa solun yksilöksi. Solukalvo ylläpitää solunsisäisiä olosuhteita sellaisina, että elämälle välttämättömät solun biokemialliset reaktiot voivat tapahtua (solunsisäinen homeostaasi). Solukalvo osallistuu kuljetus- ja suodatustehtäviin: solukalvon on pystyttävä valikoimaan solun sisään otettavat ja solun sisältä poistettavat molekyylit. Solukalvo on osallisena reseptorifunktioissa. Se välittää erityisten vastaanottajamolekyylien eli solukalvoreseptorien avulla viestimolekyylien sanoman solulimaan ja tumaan. Solukalvo on aktiivinen, valikoiva ja energiaa käyttävä. Solukalvo muodostuu lipideistä ja proteiineista. Muodostavat solukalvoon kaksinkertaisen molekyylikerroksen, jossa polaariset päät kääntyneet joko ulos tai sisään, polaarittomat hännät muodostavat kalvoon hydrofobisen välikerroksen. Fosfolipidit voivat liikkua vapaasti toisiinsa nähden -> solukalvo on taipuisa, muoto voi muuttua ilman, että kalvo vahingoittuu. Kalvoissa myös kolesterolia, joka pitää heikoilla sidoksilla fosfolipidit paikoillaan. Solukalvon fosfolipidit pyörivät jatkuvasti rasvahappoketjujen muodostaman akselin suunnassa (rotaatio). Yksittäiset fosfolipidit voivat helposti liikkua solukalvon suunnassa (lateraalinen liike), ja ne voivat myös vaihtaa paikkaa naapureiden kanssa. Solut säätelevät solukalvon lipidikoostumusta säilyttääkseen samanlaisen kalvon juoksevuuden eri kasvuolosuhteissa. Rasvaliukoiset komponentit pääsevät helposti solukalvon läpi, mutta hydrofiilisyys estää ionien ja suurempien varauksellisten biomolekyylien läpipääsyn. Tämän vuoksi solukalvossa on oltava niille sopivia proteiineista koostuvia kanavia tai muita kuljetusproteiineja. Ionien kuljetuksesta solukalvon läpi vastaavat ionikanavat, jotka muodostuvat solukalvon useita kertoja lävistävistä alayksiköistä. Ionien kulkeutuminen solukalvon läpi onnistuu ionikanavaproteiinin keskellä olevan kanavan ansiosta. Tätä kanavaa reunustavat hydrofiiliset aminohapot. Lisäksi kanavassa on myös selektiivinen osa, joka päästää vain tietyntyyppiset ionit kanavan läpi..ionikanavaproteiini sulkeutuu sytoplasman tai solun ulkopinnan puolella olevien porttirakenteiden avulla. Jännitteestä riippuvat ionikanavat aukeavat solukalvon jännitteen mukaan. Eräs jännitteestä riippuva ionikanava on hermosolun natriumkanava. Sellaisia ionikanavia, jotka ovat suurimman osan ajastaan auki, kutsutaan vuotokanaviksi, joita ovat esimerkiksi kaliumkanavat. Mikäli ionikanava aukeaa kemiallisen yhdisteen liittyessä porttirakenteeseen, on kyse ligandista riippuvasta kanavasta. Lihassolujen kationikanavat aukeavat asetyylikoliinin liittyessä kanavaproteiinin solunulkoiseen osaan, jolloin natriumia virtaa soluun ja aikaansaa lihassolun depolarisaation ja supistumisen Passiivinen diffuusio on täysin riippuvainen yhdisteen pitoisuuserosta solukalvon eri puolilla. Kulkeutumista tapahtuu suuremman pitoisuuden puolelta pienemmän pitoisuuden puolelle. Lipidit ja lipidiliukoiset molekyylit kulkeutuvat yleensä melko vapaasti solukalvon läpi. Myös kaasut, kuten happi ja hiilioksidi läpäisevät solukalvon helposti, mutta hydrofiilisten aineiden läpikulun solukalvo yleensä estää. Fasilitoitunut kuljetus tapahtuu pitoisuuseron suuntaan kuten passiivinen diffuusiokin. Kuljetus tapahtuu aina passiivisesti, eli siinä ei kulu energiaa, mutta se vaatii tapahtuakseen kuljettajamolekyylin, johon kuljetettava molekyyli sitoutuu kuljetuksen ajaksi kuten substraatti sitoutuu entsyymiin. Tätä menetelmää käyttävät hydrofiiliset aineenvaihduntatuotteet, kuten glukoosi ja aminohapot: esimerkiksi glukoositransportteri kuljettaa glukoosin lihassoluun. Kun solunulkoinen glukoosimolekyyli sitoutuu transportteriin, siinä tapahtuu muodonmuutos jolloin kuljettaja aukeaa ja päästää glukoosin solun sisäpuolelle.
Aktiivinen kuljetus ei puolestaan riipu pitoisuuserosta, vaan se tapahtuu usein suurtakin pitoisuuseroa vastaan. Tämän takia se tarvitsee energiaa ATP:n muodossa. Aktiivinen kuljetus tapahtuu solukalvon läpi ulottuvien proteiinien avulla. Esimerkki aktiivisesta kuljetuksesta on natriumionien kuljetus ulos solusta natriumpumpun avulla. Endosytoosi taas on kuljetusmenetelmä, jossa isot molekyylit tai pienet kappaleet siirtyvät soluun siten, että solukalvo ympäröi vastaanotettavan materiaalin rakkulaan, joka lopulta kuroutuu irti solukalvosta solun sisään. Jos muodostuvat rakkulat ovat pieniä nesterakkuloita, kutsutaan kuljetusmekanismia pinosytoosiksi, muissa tapauksissa puhutaan fagosytoosista. Endosytoosi-termi sisältää molemmat prosessit. Päinvastaista tapahtumaa kutsutaan eksosytoosiksi. Solukalvon erilaistumat Mikrovillukset ovat sormimaisia pullistumia epiteelisolun pinnassa. Mikrovillukset lisäävät epiteelisoluissa imeytymispinta-alaa. Mikrovilluksien ulkopinnassa on solukalvo, kun taas joukko proteiineja vastaa ulokkeiden sisärakenteesta. Polymeroitunut aktiini muodostaa kierteisiä kaksoissäikeitä, jotka ovat kiinni toisissaan villiinin ja fimbriinin avulla. Aktiinifilamentit ovat kiinni solukalvossa myosiini-i:n ja kalmoduliinin avulla. Mikrovilluksen sisällä on 20-30 aktiinikaksoissäiettä, jotka ovat tyvipäästään kiinni ns. pääteverkossa. Pääteverkko muodostuu spektriinistä, joka kietoutuu välikokoisiin filamentteihin ja kytkee siten mikrovillukset solun tukirankaan. Pääteverkon tehtävä on pitää mikrovilluksia pystyasennossa ankkuroimalla aktiinisäikeet tiukasti paikoilleen. Ohutsuolen enterosyyttien (ravintoaineiden imeytymisestä vastaavat solut) mikrovilluksissa on entsyymejä (mm. laktaasi, maltaasi, sakkaraasi), jotka pilkkovat suurempia sokerirakenteita monosakkarideiksi (laktoosi-intoleranssissa laktaasipuutos estää maitosokerin imeytymisen aiheuttaen ripulia ja ilmavaivoja). Tämän lisäksi enterosyyteissä on proteiineja ja peptidejä pilkkovia entsyymejä. Värekarvat ja ripset (siliat ja flagellat) Värekarvat ovat n. 0.5 µm:n paksuisia ja 2-10 µm pitkiä liikkuvia solu-ulokkeita, joita ympäröi normaaliin tapaan solukalvo.ripset ja siimat ovat puolestaan tavallista pitempiä (100-200 µm) värekarvoja, joita yhdessä solussa on vain yksi tai korkeintaan muutamia kappaleita. Ne ovat aktiivisesti liikkuvia rakenteita käyttäen liikkeen tuottamiseen ATP:sta saatavaa energiaa. Munanjohtimen värekarvojen aaltomainen liike kuljettaa munasolua kohtua kohti, ja keuhkoputken värekarvat kuljettavat limaeritteeseen tarttuneita epäpuhtauksia pois keuhkoista. Oheisessa elektronimikroskooppisessa kuvassa näkyy mikrotubulusten muodostama 9+2 rakenne, l. värekarvan ulkoreunassa on 9 kehäputkea, ja keskellä 2 keskusputkea. Tyvikappale sijaitsee nimensä mukaisesti värekarvan tyviosassa. Värekarvan mikrotubuluksiin liittyy useita eri proteiineja, joita tarvitaan mm. aineiden kuljettamiseen ja liikkeen aikaansaamiseen. Selkärankaisilla on tyypillistä vasemman ja oikean ruumiinpuoliskon epäsymmetria, mikä on seurausta tiettyjen geenien ilmentymisestä epäsymmetrisesti puolella tai toisella sikiönkehityksen aikana. Tämän epäsymmetrian käynnistäjäksi on osoittautunut pieni joukko sikiön värekarvoja, joilla on epätavallinen liikkuvuus.
Soluväliaine Soluväliaineen tärkeitä ominaisuuksia on vetolujuus ja elastisuus selittyvät soluväliaineen rakenteen erityispiirteillä. Rakenneproteiieille tyypillistä, että ne kykenevät sitoutumaan useisiin muihin proteiineihin -> säikeet ja verkkomaiset rakenteet Kollageenit ovat soluväliaineen ja sidekudoksen tärkeimpiä rakenneproteiineja, jotka ylläpitävät kudosten rakenteita. Kollageeneja on yli 20 eri tyyppiä, joilla on yleensä tietyt esiintymispaikat kehossa. Kollageenit ovat määrältään merkittävin soluväliaineen molekyyleistä, tyypin I kollageenin ollessa elimistön yleisin proteiini. Kollageenien elinikä kehossa on yleensä poikkeuksellisen pitkä.kollageenimolekyyleillä on suuri vetolujuus, joka johtuu niiden kolmoiskierteisestä rakenteesta. Toistuva Gly - X - Y aminohappojärjestys mahdollistaa kolmoiskierteen syntymisen. Kollageenisäikeiden rakenteen tunteminen on tärkeää mm. sen vuoksi, että säikeiden rakenne ja kestävyys liittyvät kiinteästi yhteen. Tämän yhteyden ymmärtäminen on tärkeää esimerkiksi useiden sidekudossairauksien yhteydessä. Tyypin I kollageenisäikeillä on suuri vetolujuus, joka johtuu kolmoiskierteisestä kollageeniheliksistä. Kolmoiskierteisen rakenteen mahdollistaa kollageenin poikkeuksellinen aminohappokoostumus. Joka kolmannen aminohapon sivuketju jää kierteen keskelle, jonne ei mahtuisi mikään muu kuin pienimmän aminohapon, glysiinin, sivuketju eli pelkkä vetyatomi. Monet kollageenimutaatioiden aiheuttamat sairaudet johtuvatkin nimen omaan glysiinin vaihtumisesta joksikin isommaksi aminohapoksi. Glysiinin lisäksi kollageenin rakenteessa on poikkeuksellisen paljon iminohappoja (proliini ja hydroksiproliini), joiden rengasrakenne stabiloi kolmoiskierrettä. Koska joka kolmas aminohappo on glysiini, kollageenin ajatellaan koostuvan aminohappotripleteistä Gly - X - Y. Säikeitä muodostavien kollageenien ryhmään kuuluvat kollageenimolekyylit muodostavat spontaanisti pitkiä säikeitä. Tämän vuoksi ne tuotetaan solussa esiasteina, jonka päissä on propeptidit, jotka estävät säikeistymisen solun sisällä. Solun ulkopuolella propeptidit katkaistaan entsymaattisesti, minkä jälkeen säikeistyminen voi alkaa. Säikeitä stabiloimaan syntyy kollageenimolekyylien päiden välisiä kovalenttisia sidoksia. Fibronektiini on glykoproteiini, jolla on spesifisiä vuorovaikutuksia solujen, kollageenien, bakteerien, fibriinin ja glykosaminoglykaanien kanssa. Fibronektiini esiintyy disulfidisidosten yhteenliittäminä dimeereinä. Sen rakenne on modulaarinen, l. siinä on useita eri alueita, joilla on jokin tietty ominaisuus kuten kyky sitoa kollageenia, hepariinia tai soluja. Tripeptidin Arg-Gly- Asp (RGD) on havaittu olevan keskeisessä osassa solujen kiinnittymisessä sidekudokseen fibronektiinin välityksellä.fibronektiinillä on tärkeä merkitys solujen kiinnittymisessä, liikkeiden ohjailussa ja bakteerien fagosytoinnissa. Fibronektiinillä on lukuisia eri muotoja solutyypistä ja kehitysvaiheesta riippuen (ihmisellä n. 20), jotka muodostuvat yhdestä ainoasta RNA-molekyylistä ns. vaihtoehtoisen silmukoitumisen kautta.vaihtoehtoisen silmukoitumisen avulla solut voivat tuottaa fibronektiinejä, jotka ovat sopivimpia kyseisen kudoksen tarpeisiin. Fibronektiinin muoto esim. muuttuu varhaiskehitysvaiheen mukaiseksi, kun aikuisen ihoon tulee haava. Solun muuttuessa syöpäsoluksi se menettää kykynsä valmistaa fibronektiinistä ja kollageenista muodostunutta soluväliainetta. Soluviljelmissä fibronektiini ja aktiini näyttävät esiintyvän samoissa kohdissa, joten fibronektiini pystyy todennäköisesti vaikuttamaan aktiiniverkoston ja siihen liittyvien viestinvälitysmekanismien kautta solun toimintaan. Tenaskiini on suuri kompleksinen glykoproteiini, jolle on tyypillistä kuusihaarainen rakenne, jotka kurottautuvat keskustasta kuten pyörän puolat. Sitä esiintyy varhaisessa kehitysvaiheessa ja esim. haavan parantumisen yhteydessä. Tenaskiinin polypeptidiketjut koostuvat useista pienistä yksiköistä, joilla on tietty tehtävä tai sitoutumisominaisuus. Solutyypistä riippuen tenaskiini voi edistää tai estää solujen kiinnittymistä. Näillä sitoutumista estävillä, samoin kuin edistävillä ominaisuuksilla on oma tehtävänsä solujen migraation ohjaamisessa. Proteoglykaanit muodostavat hyvin moninaisen makromolekyyliperheen, jonka jäseniä esiintyy paitsi soluväliaineessa myös solukalvoilla ja solunsisäisissä tiloissa.ne sisältävät runsaasti sulfatoituja sokeriketjuja, tunnetuin proteoglykaani on rustokudoksen aggrekaani, johon liittyy 100-200 glykosaminoglykaaniketjuja (sulfatoituja sokeriketjuja) ja lisäksi noin sata oligosakkaridia.aggrekaanilla ja kollageeneilla on tärkeä tehtävä ruston toiminnassa, sillä aggrekaanin negatiiviset varaukset sitovat runsaasti Na+-ioneja ja sitä kautta vettä rustokudokseen. Kun rustoon kohdistuu painetta, aggrekaanien sitoma vesi puristuu ulos kudoksesta tasoittaen luuhun kohdistuvia voimia.kun paine poistuu rustosta, vesi palaa takaisin rustoon, sillä aggrekaanit eivät pääse poistumaan rustokudoksesta kollageenien muodostaman verkoston sitoessa ne paikoilleen.aggrekaanien diffuusiota rustosta estää myös niiden sitoutuminen hyaluronaani-ketjuun (aiempi nimi hyaluronihappo). Hyaluronaani eli hyaluronihappo on hyvin pitkä glykosaminoglykaaneihin kuuluva polysakkaridi. Hyaluronaania esiintyy solujen välisessä tilassa lähes kaikkialla elimistössämme. Erityisen runsaasti sitä on silmän lasiaisessa, josta se alun perin löydettiin, napanuorassa, rustossa, nivelnesteessä ja ihossa. Negatiivisen sähköisen varauksensa ansiosta hyaluronaanilla on kyky sitoa erittäin runsaasti vettä Na-ionien välityksellä. Se pystyy sitomaan vettä jopa 100 kertaa oman painonsa verran muodostaen läpinäkyvän, viskoosin geelin. Hyaluronaanilla on tärkeä tehtävä rustossa suurien proteoglykaaniaggregaattien keskusrihmana. Muista glykosaminoglykaaneista poiketen hyaluronaani valmistetaan solukalvolla, kun taas muiden glykosaminoglykaanien valmistus tapahtuu Golgin laitteella. Tyvikalvo on soluväliaineen erikoismuoto, joka esiintyy epiteelisolujen ja sidekudoksen rajalla, lisäksi se ympäröi lihas- ja rasvasoluja sekä ääreishermojen tukisoluja. Tyvikalvo tarjoaa epiteelisoluille kiinnittymispinnan, jota pitkin ne pystyvät myös liikkumaan. Sen toinen puoli toimii puolestaan sidekudoksen rajapintana.munuaisissa tyvikalvolla on erittäin tärkeä tehtävä
suodattimena.tyvikalvolle tyypillisiä molekyylejä ovat tyypin IV kollageeni (muodostaa säikeiden sijaan kolmiulotteisen verkoston), laminiini, heparaanisulfaattiproteoglykaani ja entaktiini. Eri solutyypit kiinnittyvät kudoksissa toisiinsa selektiivisin vuorovaikutuksin. Monisoluisissa eläimissä kudosten muodostuminen voidaan nähdä kaksivaiheisena tapahtumana. Kehittyvässä alkiossa solut kiinnittyvät toisiinsa ensin solu-solu adheesiomolekyylien välityksellä (CAMs, cell adhesion molecules), minkä jälkeen solujen välisten liitosten muodostuminen voi alkaa. Osa CAMmolekyyleistä toimii kalsiumista riippuvaisesti.solujen välisessä kiinnittymisessä välittäjinä toimivat integraaliset kalvoproteiinit, jotka voidaan jakaa neljään perheeseen: integriinit, selektiinit, immunoglobuliinit sekä kadheriinit. Osa integriineistä kiinnittää soluja toisiinsa heterofiilisin vuorovaikutuksin muiden solupinnan proteiinien kanssa, mutta suurin osa integriineistä osallistuu solujen kiinnittämiseen soluväliaineeseen paikallisissa sitoutumiskohdissa (focal adhesion) ja hemidesmosomeissa. Selektiinit, immunoglobuliinit ja kadheriinit osallistuvat puolestaan solu-solu kiinnitysten muodostamiseen. Kadheriinit ovat myös osana vyöliitosten ja desmosomien rakennetta. Yksittäinen solutyyppi käyttää yleensä useita eri adheesiomolekyylejä kiinnittyäkseen muihin soluihin ja soluväliaineeseen. Adheesiomolekyylit kiinnittyvät puolestaan erilaisten välittäjäproteiinien avulla solutukirankaan (aktiiniin ja välikokoisiin filamentteihin), mikä vahvistaa solujen välistä sitoutumista. Solujen välisen sitoutumisen voimakkuus onkin riippuvaista monista eri tekijöistä: solujen ilmentämistä soluväliainereseptoreista, kiinnittymiseen osallistuvista solupinnan adheesiomolekyyleistä, niiden pitoisuudesta ja jakautumisesta solun pinnalla sekä niiden kytköksistä solutukirangan kyksinkertaisissa eliöillä, kuten ameeballa, liikkumista tarvitaan lähinnä lisääntymisen ja ravinnon hankinnan yhteydessä. Monisoluisilla eliöillä solujen liikkuminen on välttämätöntä muun muassa kudosten ja elinten muodostumisessa ja ylläpidossa ja immuunijärjestelmän toiminnassa. Ympäristön signaaleita seuraavat koordinoidut muutokset solutukirangassa, kiinnittymisessä soluväliaineeseen ja kalvoliikenteessä johtavat solun liikkumiseen.fibroblastit liikkuvat ameebojen tapaan polarisoituneena - solulla on siis selvästi havaittavat johtava reuna ja perässä seuraava, vetäytyvä reuna. Polarisoituneessa solussa tuman sijaintia säädellään ja Golgin laite ja sentrosomi eli mikrotubulusten organisointikeskus orientoituvat etenevän reunan puolelle. Aktiinin polymerisaatio saa aikaan solun johtavan reunan työntymisen liikkeen suuntaan. omponentteihin. Solujen väliset liitokset Tiivis liitos (tight junction) on epiteeleissä esiintyvä solujen välinen saumarakenne, joka rajoittaa veden, ionien ja muiden suurempien liuenneiden aineiden diffuusiota solujen välistä, samoin kuin solujen migraatiota sieltä. Edes vesi ei pysty läpäisemään tiiviin liitoksen kohtaa. Eri epiteelien läpäisevyys (ja niiden tiiviiden liitosten määrä) vaihtelee kuitenkin huomattavasti.erityisen tiiviitä epiteelit ovat siellä, missä epiteelin täytyy ylläpitää korkeita ionigradientteja, kuten munuaisten putkirakenteissa, joissa virtsan väkevöinti tapahtuu. Löyhemmät liitokset ovat tyypillisiä muun muassa verisuonille, joissa ionigradientit ovat pienempiä, mutta läpäisyeste tarvitaan esimerkiksi proteiineja ja leukosyyttejä varten.tiiviiden liitosten avulla elimistö pystyy pitämään esimerkiksi suurimman osan ruuansulatuselimistön sisällöstä suolessa siirtäen samalla vain ravintoaineet valikoivan aineiden kuljetuksen avulla solukalvon läpi ja epiteelisolukon kautta verenkiertoon.solunsisäisellä kalsiumilla ja tiiviin liitoksen proteiinien fosforylaatiolla näyttäisi olevan tärkeä rooli tiiviiden liitosten ylläpidossa.verisuonten endoteelisolujen kasvutekijä (VEGF) saa aikaan verisuonten läpäisevyyden lisäystä todennäköisesti okludiinin fosforylaation ja alentuneen tuotannon kautta, mikä johtaa tiiviin liitoksen purkautumiseen. Epiteeleissä vyöliitos sijaitsee yleensä heti tiiviin liitoksen alapuolella.vyöliitokseen (Adherens junction)kiinnittyy supistuskykyisiä mikrofilamentteja (=aktiinifilamentteja), jotka käyttävät ATP:n energiaa (Ca2+ ja Mg2+ läsnäollessa) supistustapahtumassa. Tehtävät: epiteelin kaareuttaminen putkimaiseksi rakenteeksi, epiteelisolujen irrotessa, vaurioituessa tai kuollessa syntyneiden aukkojen tilapäinen peittäminen, epiteelien mekaanisena siteenä toimiminen.vyöliitoksen kadheriinit ovat solukalvon läpäiseviä proteiineja, jotka solun sisällä olevien kateniinien välityksellä kiinnittyvät solun tukirangan aktiiniin. Solujen välillä on ajoittain todellisia aukkoliitosten (gap junction) muodostamia aukkoja. Aukkoliitokset ovat tärkeitä sikönkehityksen koordinaatiossa, solujen homeostaasin ylläpidossa ja kudosten toiminnassa.ne välittävät solunvälisiä viestejä esimerkiksi Ca2+-ionien ja syklisen AMP:n avulla. Lisäksi useimmat sokerit, aminohapot, nukleotidit, vitamiinit, sekä eräät hormonit (lähinnä steroidit) pääsevät siirtymään konneksonin läpi solusta toiseen (alle 1000 Da kokoiset molekyylit).sähköisessä synapsissa virtaa kuljettavat epäorgaaniset ionit siirtyvät solusta toiseen aukkoliitoksen kautta. Näitä esiintyy runsaasti sydänlihaksessa ja sileässä lihaksessa.solujen vaurioituessa niihin vuotaa kalsium-ioneja, jotka sulkevat aukkoliitokset. Näin esimerkiksi ravinteet eivät pääse valumaan ehjiksi jääneistä soluista hukkaan. Konneksoni: Aukkoliitokset kasaantuvat yhteen muodostaen aukkoliitospesäkkeitä. Aukkoliitosten määrä yhdessä pesäkkeessä voi vaihdella alle kymmenestä tuhansiin, näin myös pesäkkeen koko vaihtelee nanometreistä mikrometreihin. Desmosomeja esiintyy erityisesti epiteeleissä, joiden on kestettävä suurta mekaanista rasitusta.desmosomin kohdalla vierekkäisten solujen solukalvot kulkevat yhdensuuntaisina, mutta jonkin verran paksuuntuneina.solukalvojen välissä on n. 30 nm levyinen tila. Paksuuntuminen johtuu soluliman puolelle kertyneestä säikeisestä levystä. Tonofilamentit, jotka kuuluvat solun tukirangan välikokoisiin filamentteihin, kiinnittävät solukalvon solun tukirankaan tekemällä silmukan säikeisen levyn läpi.soluvälitilaan tulee
kummankin solun solukalvosta ohuita säikeitä, joissa on useita erilaisia kiinnittymis- l. adheesioproteiineja (mm. kadheriinit ja desmogleiinit). Soluvälitilaan tulee kummankin solun solukalvosta ohuita säikeitä, joissa on useita erilaisia kiinnittymis- l. adheesioproteiineja (mm. kadheriinit ja desmogleiinit). Plakoglobiini-molekyyli toimii mahdollisesti kytkijäproteiiniina kadheriinien ja desmoplakiinien välillä. Plakoglobiinin puuttuessa sikiöt kuolevat ennen syntymää vakavien sydämen vaurioiden vuoksi, ja desmosomien pienentynyt määrä aiheuttaa näkyviä muutoksia mm. ihon erilaistuessa ja sikiön verenkierron alkaessa.plakoglobiinin lähin homologi b-kateniini korvaa plakoglobiinin puutosta, mutta ei pysty täysin kompensoimaan puutoksen aiheuttamia muutoksia. Plakofiliini-1 puolestaan kytkee desmoplakiineja toisiinsa.eräissä autoimmuunitaudeissa elimistö alkaa tuottaa vastaaineita desmosomien rakenneosia kohtaan. Tämän seurauksena syntyy ihon ja limakalvojen rakkulatauteja, joista vakavin (ns. pemphigus vulgaris) voi hoitamattomana johtaa kuolemaan. Genomi Ihmisen genomi sisältää n. 23 000 proteiinia koodaavaa geeniä, mutta vain pieni osa ihmisen DNA:sta tarvitaan varastoimaan tieto eri proteiinien aminohappojärjestyksestä. Geenillä tarkoitetaan DNA-juosteen toiminnallista yksikköä, joka sisältää yhden proteiinilajin syntyyn tarvittavan informaation kyseisen proteiinin primaarirakenteesta. Eri ihmisyksilöiden genomi eroaa toisistaan ~ 0.1%, suurin osa ihmisten välisistä eroista johtuu yhden nukleotidin muutoksista. Proteiineja koodaavat jaksot ovat epäjatkuvia l.informaatio yhden proteiinin aminohapoista ei ole luettavissa yhtenäisenä DNA-jaksona. Informaatio pakattu jaksoihin, joiden välissä muuta DNA:ta. Proteiinia koodavaa jaksoa kutsutaan eksoniksi (eksoni), ja välissä oleva jakso on introni. Transkriptio: Lähetti-RNA-molekyyli ((messenger)mrna) syntyy DNA:n transkriptiossa, jossa DNA:n ohjaama RNA-polymeraasi muodostaa DNA:n säikeelle RNA-kopion. Aloitus vaatii myös erityisten transkriptiofaktoreiden sitoutumisen DNA:han. RNA emäkset muodostavat pareja DNA-emästen kanssa. DNA:ssa promoottereiksi kutsuttuja alueita,joihin RNA-polymeraasi sitoutuu, ja jotka osoittavat transkription aloituskohdan. Koska kaksijousteisen DNA:n puolikkailla on eri nukleotidijärjestys, voidaan vain toinen niistä koodata lähetti-rna:ksi ja edelleen proteiinin aminohappojärjestykseksi (koodaava l.plus-säie). Ensi vaiheessa syntyvässä lähetti-rna:ssa (mrna) on proteiini synteesin kannalta tarpeetonta aineistoa (sisältää myös geenin intronit). Nämä poistuvat ensi vaiheen lähetti RNA:sta silmukoinnissa (eng. Splicing). Primaaritranskiptin intronit muodostavat silmukoita, jotka katkeavat pois ja lopullinen lähetti-rna koostuu eksoneista. Vaihtoehtoinen silmukointi tuottaa samasta geenistä kaksi erilaista proteiinia. Proteiinisynteesi: translaatio. tapahtuu aina polyribosomeissa eli polysomeissa (lähetti-rna:n eli mrna:n toisiinsa liittämiä ribosomeja). mrna:n 1 kodoni (3 emästä) -> 1 aminohappo. prot. synteesissä ribosomi liukuu pitkin urassaan olevaa mrna:ta. mrna määrää aminohappojärjestyksen eli proteiinin primaarirakenteen. ribosomi käyttää 4 ATP:tä/peptidisidos. Siirtäjä-RNA (transfer RNA l. trna) siirtää aminohapon oikealle paikalle kodonin mukaan. Siirtäjä-RNA ja kodonin lukeminen: Siirtäjä-RNAn antikodoni sitoutuu tiettyyn kodoniin lähetti-rnassa. Koska aminohappoja on n 20, soluissa on vähintään 20 erilaista siirtäjä-rnata, jotka sitovat tiettyjä aminohappoja. Lisäksi tarvitaan 20 erilaista aminohappotrna-syntetaasia, katalysoivat ATP:n avulla aminohapon sitoutumisen oikeaan trna molekyyliin. Kukin entsyymi tunnistaa tietyn trnan ja aminohapon. Aminohappo-tRNA-kompleksin antikodoni sitoutuu lähetti-rnan (mrnan) kodoniin ja vie aminohapon oikeassa järjestyksessä proteiinisynteesiin. Translaation aloitus: mrnan koodi luetaan aina 5 -päästä alkaen, vastaa muodostuvan proteiinin aminopäätä, mrna saa 5 -päähän muunnellusta nukleotidistä ns cap-rakenteen, joka saa aikaan mrnan kiinnittymisen ribosomille. Proteiinisynteesi lähtee käyntiin lähinnä cap-rakennetta olevasta AUGkodonista (metioniini),bakteereissa, mitokondrioissa, kloroplasteissa; formylmetioniini. mrna, aloittaja-t-rna ja 40S ribosomi liittyvät, jonka jälkeen 60 S ribosomi sitoutuu ylläoleviin. Aloitusyhdistymässä on kaksi vierekkäistä paikkaa, P (peptidyylipaikka) ja A (akseptoripaikka l. vastaanottajapaikka), joihin trna sitoutuu antikodonillaan. P- paikkaan on sitoutunut aloittaja-ah-trna. A-paikkaan sitoutuu antikodonillaan seuraavaa ah:ta vastaava ah-trna. Näiden kahden välille muodostuu peptidisidos peptidyylitransferaasireaktiossa. Aloittaja-ah siirtyy aloittaja-trnalta A-paikan trnahan kiinnittyneella ah:lle. A-paikassa on siis peptidyyli-trna, jonka trna vastaa aloituskodonia seuraavaa kodonia. mrna siirtyy seuraavaksi, ja peptidyyli-trna tulee sijaitsemaan ribosomin P-paikassa, ja Apaikka vapautuu. Aloittaja-tRNA irtoaa. Polypeptidiketjun pidentyminen jatkuu samalla periaatteella uuden ah-trnan saapuessa Apaikkaan jne. Synteesi päättyy, kun ribosomi saavuttaa lopetuskodonin (UAA, UAG, UGA). Päättäminen tapahtuu proteiinitekijöiden l. irroitustekijöiden avulla (engl. Release factors). Irroitustekijät vapauttavat proteiinin ribosomista ja ribosomi hajoaa alayksiköikseen ja mrna ja trna vapautuvat. Oikolukutoiminto parantaa proteiinisynteesin tarkkuutta: Ah-tRNA-syntetaasit yhdistävät oikeat ah:t oikeaa trnahan. Osa syntetaaseista tunnistavat RNAn antikodonin, toiset muita osia trnasta. Tunnistavat tarkasti aminohappoja. Lisäksi sisäänrakennettu oikolukutoiminto: Jos entsyymi tunnistaa vahingossa väärän ah:n ja muodostaa trna-johdannaisen, oikolukutoiminto johtaa nopeasti väärän ahtrna-yhdistymän hajoamiseen. Proteiinin laskostuminen ja translaatio jälkeiset muokkaukset: Synteesin aikan polypeptidiketju alkaa spontaanisti kiertyä ja laskostua tiettyyn muotoon sekundaarinen ja tertiäärinen rakenne. Primaarisen rakenteen (ah-järjestys) määräytyy geneettisen koodin mukaan. Translaation jälkeisiä muokkauksia tarvitaan enenen kuin proteiini on valmis toimimaan tehtävässään.
Sytosoli- Solulima: Kemiallisesti sytosoli on vesiliuos (70-80 %), joka sisältää erilaisia orgaanisia yhdisteitä ja epäorgaanisia ioneja. Proteiinipitoisuus suuri ~ 15-30 %, tämän vuoksi sytosoli on rakenteeltaan hyytelömäistä. Solulimakalvosto l. endoplasmakalvosto (endoplasmic reticulum) on suurin soluelin. Kalvot muodostavat nesteen täyttämien putkien verkoston,jonka haarat ulottuvat kaikkialle soluun, ei ole yhteydessä sytosoliin. Endoplasmakalvostoa on runsaasti tuman lähettyvillä, ja on yhteydessä tumakalvoon. Samassa solussa on sekä ribosomien peittämää karkeapintaista (=rer) että ribosomien jättämää sileäpintaista endoplasmakalvostoa (=ser). Sileäpintaista endoplasmakalvostoa (ser) Ei ole ribosomeja, eikä tapahdu proteiinien tuotantoa. Tuottaa rasvahappoja ja fosfolipidejä. Maksasolujen sileässä endoplasmakalvostossa entsyymejä, jotka pystyvät muuttamaan myrkylliset aineet vaarattomiksi yhdisteiksi. Maksasoluissa sileä endoplasmakalvosto suurikokoinen, Poikkijuovaisen lihassolun endoplasmista kalvostoa kutsutaan sarkoplasmkalvostoksi, Ca2+ varastointi. Karkeapintainen endoplasmakalvosto (rer) Kalvon pintaan kiinnittynyt runsaasti pieniä jyväsiä, ribosomeja. Ribosomit muodostuvat valkuaisaineista ja ribonukleiinihaposta, RNA:sta, ovat myös vapaana solulimassa. Valkuaisaineiden l. proteiinien valmistusta (synteesiä) tapahtuu sekä rer:ssä että soluliman ribosomeissa (polysomeissa). Kuvan osoittama punainen rengas on reseptori, joka tunnistaa rer:lle ohjattavien proteiinien signaalipeptidin. Signaalipeptidiin sitoutunut reseptori aukeaa siten, että kalvon pinnalle kiinnittynyt ribosomi (sininen rakenne) työntää valmistuvan proteiinin ontelon sisään. Signaalipeptidi poistetaan ja proteiini kierretään oikeaan muotoon ontelon sisällä olevien Grp-proteiinien avulla (grp=glucose regulated protein). Kun ribosomi saavuttaa mrna:n (vihreä juoste) lopetuskodonin, ribosomi irtoaa ja valmistettu proteiini joko eritetään, siirretään solukalvoproteiiniksi tai kuljetetaan lysosomeihin. Golgin laitteen rakenne: Golgi-keot ovat kapeita levymäisiä rakenteita, jotka eivät ole suoraan yhteydessä keskenään. Ne muodostuvat 4-6:sta litteästä ontelosta.golgin laitteen Cis-sivu (muodostuva sivu) on endoplasmakalvostoon päin, sillä rer:llä valmistetut proteiinit kuljetetaan sinne ser:n kautta. Tällä alueella lysosomiin kuljetettaviin proteiineihin liitetään osoitelapuksi mannoosi-6-fosfaatti. Trans-sivulla (kypsyvä sivu) kalvot paksuuntuvat kolesterolin määrän kasvaessa. Eriterakkulat (vesikkelit), jotka kuljettavat proteiineja eteenpäin irtoavat trans-sivulta. Trans-sivulla oleva reseptoriproteiini tunnistaa mannoosi-6-fosfaatin ja ohjaa lysosomeilla tarvittavat proteiinit omiin kuljetusrakkuloihinsa kuljetusta varten. Golgin laite on solun tärkein lajittelukeskus: glykolipidit ja proteiinit lajitellaan ja suunnataan eri kohteisiin: solun ulkopuolelle, solukalvolle ja lysosomeihin, trans-osassa ilmeisesti valikoidaan proteiinit epiteelisolun basolateraalisiin ja apikaalisiin osiin, tyypilliset merkkientsyymit trans-osalle ovat tiamiinipyrofosfataasi ja galaktoositransferaasi
Termillä Golgin vesikkelit tarkoitetaan Golgin laitteelta lähteviä rakkulamaisia rakenteita, joita käytetään aineiden kuljetukseen määränpäähänsä. Golgin laitteen tehtävät: Pakkaamo, jossa eritystoiminnan tuotteet tiivistetään, ympäröidään kalvolla ja lähetetään eteenpäin. Glykolipidit ja -proteiinit lajitellaan: 1.) solun ulkopuolelle, 2.) solukalvolle ja 3.) lysosomeihin. Proteiinien muokkaajana Golgilla tapahtuu 1.) glykosylaatiota (transferaasit), 2.) sulfaatiota, 3.) fosforylaatiota ja 4.) proteolyyttistä trimmausta. Eksosytoosilla tarkoitetaan aineiden kuljetusta solun sisäpuolelta solusta ulos. Kuvassa on esitetty proteiinien valmistukseen ja erittymiseen liittyvät tapahtumat pelkistetysti. DNA:n emäsjärjestyksen perusteella valmistetaan tumassa mrna-molekyyli, joka on ohjeena proteiinien valmistamiseen. Jos proteiinissa on 20-30 aminohapon mittainen, vesipakoisista aminohapoista koostuva jakso, signaalisekvenssi, endoplasmakalvostossa sijaitseva reseptori tunnistaa ja sitoo sen ribosomin kalvoon. Proteiini työntyy karkean endoplasmakalvoston (rer) onteloiden sisään, ja signaalisekvenssi poistetaan. Eritettävät proteiinit pakataan kalvojen ympäröimiksi rakkuloiksi ja ohjataan Golgin laitteen kautta ulos solusta. Eritys voi olla jatkuvaa eli konstitutiivista tai esimerkiksi hormonaalisesti säädeltyä. Hermosolujen välittäjäaineet sekä makrofaagien ja osteoklastien lysosomaaliset entsyymit eritetään myös eksosytoosilla. Solu ottaa sisäänsä materiaalia solun ulkopuolelta muodostamalla solukalvolle kuopan, joka kuroutuu irti solukalvosta rakkulaksi solulimaan. Fagosytoosiksi kutsutaan tapahtumaa, jossa solu ottaa sisäänsä kiinteitä kappaleita. Endosytoosissa solu ottaa sisäänsä nestettä ja siinä olevia liukoisia molekyylejä. Sekä fagosytoosi että endosytoosi voivat tapahtua spesifisesti reseptorien välityksellä. Ei-spesifistä endosytoosia kutsutaan pinosytoosiksi. Vain harvat solutyypit käyttävät fagosytoosia, mutta endosytoosi on yleistä kaikilla eukaryoottisoluilla. Useimmiten endosytoosirakkulat ovat niin pieniä, että ne voidaan havaita vain elektronimikroskoopilla, tällöin käytetään myös termiä mikropinosytoosi. Toisaalta nesteitä lävitseen kuljettavissa soluissa, kuten kapillaaristen verisuonten epiteelisoluissa, voidaan havaita jopa 1 µm kokoisia nesterakkuloita. Joissakin soluissa (esimerkiksi endoteelisoluissa) endosytoidut rakkulat kulkevat suoraan soluliman läpi vapauttaen sisältönsä solun eri pinnalle. Tapahtumaa voidaan kutsua transsytoosiksi. Yleisintä soluille on klatriinivälitteinen endosytoosi. Klatriinista riippumattomia endosytoositapoja ovat makropinosytoosi, kaveolien välityksellä tapahtuva endosytoosi sekä mahdollisesti lipidilauttojen ja muiden huonommin tunnettujen mekanismien välityksellä tapahtuva endosytoosi. Lysosomit ovat pyöreitä, halkaisijaltaan noin 0,5 µm kokoisia organelleja, joissa on elektronimikroskoopissa havaittava elektronitiheä keskus. Lysosomi terminä tarkoittaa vapaasti käännettynä lyyttistä eli hajottavaa kappaletta. Lysosomissa on alhainen ph (noin 4,8), jota lysosomikalvon protonipumppu pitää yllä.lysosomeja pidetään endosytoosin päätepisteenä, viimeisenä hajottavana osastona. Lysosomin hajottavat entsyymit, happamat hydrolaasit, hajottavat endosytoitua materiaalia ja soluliman proteiineja. Suurin osa lysosomaalisten entsyymien hajotustoiminnasta tapahtuu lysosomien ja myöhäisten endosomien yhdistyessä hybridiorganelleiksi. Endolysosomaalisten organellien lisäksi proteiinien hajotukseen solussa osallistuvat proteasomit ja kalpaiinit. Lysosomit osallistuvat endosytoitujen molekyylien hajotuksen lisäksi myös moniin muihin solun toimintoihin, kuten aktiivisten entsyymien vapauttaminen solun ulkopuolelle ja sitä kautta soluväliaineen järjestelyyn sekä tietyntyyppisen ohjatun solukuoleman säätelyyn. Osallistumalla autofagosytoosiin lysosomit pitävät yllä solun sisäistä tasapainoa. Mitokondriot ovat solujen hengityskeskuksia ja niiden määrä ja koko soluissa vaihtelee solun energiatarpeesta riippuen. Mitokondriot ovat yleensä juuri ja juuri valomikroskoopissa erottuvia bakteerin kokoisia ja 0.5-2 µm:n paksuisia sukkuloita. Niitä esiintyy kaikissa aitotumallisissa soluissa, ja ne voivat muodostaa jopa 20% solun koko tilavuudesta. Mitokondriot ovat luultavasti elämän alkuvaiheessa tumallisten solujen esimuotojen fagosytoimia bakteereja, jotka ovat sopeutuneet endosymbioottiseen elämään tumallisten solujen kanssa. Bakteerien tapaan mitokondriot lisääntyvät itsenäisesti jakautumalla. Jakautumisen lisäksi ne voivat myös yhdistyä toisiinsa. Mitokondrioiden on havaittu olevan jatkuvassa liikkeessä osittain soluliman virtauksien vuoksi, osittain oman supistumiskykynsä avulla, ja ne kiinnittyvät välillä tumakoteloonkin. Ulkokalvo koostuu proteiineista ja lipideistä samassa suhteessa kuin solukalvo (50% molempia). Ulkokalvo on hyvin läpäisevä - siinä on poriineja, jotka päästävät läpi kaikki alle 50 kda kokoiset molekyylit. Tätä suuremmat molekyylit kuljetetaan ulkokalvon läpi aktiivisella kuljetuksella. Sisäkalvo on huonosti aineita läpäisevä rakenne, jossa on huomattavan paljon proteiineja (20% lipidejä ja 80% proteiineja). Sisäkalvo muodostaa useita poimuja eli kristoja, joiden lukumäärä on suoraan verrannollinen oksidatiivisen fosforylaation vilkkauteen (eli energian tuotantoon).sisäkalvolla sijaitsevatkin oksidatiiviseen fosforylaatioon osallistuvat proteiinit - elektroninsiirtoketjun kompleksit ja ATP-syntaasi. Sisäkalvolla on myös proteiineja, jotka osallistuvat aineiden kuljetukseen sisäkalvon läpi (proteiineja matriksiin sisään ja aineenvaihduntatuotteita sisään ja ulos). Matriksi eli ydinosa sisältää DNA:n, joka muodostaa hieman alle 1% koko solun DNA:sta. Rengasmainen DNA on sitoutuneena sisäkalvoon. Ydinosa sisältää myös mitokondrion omia ribosomeja ja satoja entsyymejä (mm. sitruunahappokierron entsyymit), joista osan mitokondrio valmistaa itse. Mitokondrioissa on omaa DNA:ta (ihmisellä 16569 emäsparia), joka koodaa kahta rrna-geeniä, 22 trna-geeniä ja 13 mitokondrion omaa proteiinia. Täten suurin osa mitokondrioiden yli 600:n proteiinin perimästä on peräisin tumasta. Mitokondrioiden DNA on rengasmaista, siihen ei liity histoneja eikä mitokondrioiden DNA:ssa ole introneita, näin ollen mitokondriot muistuttavat läheisesti bakteereita. Erityistä mitokondrion perimälle on sen tiukka pakkautumisaste, ts. lähes jokainen nukleotidi on osa proteiinia, ribosomaalista RNA:ta tai siirtäjä-rna:ta koodittavaa sekvenssiä. Mitokondrioiden geneettinen koodi poikkeaa tuman ns. universaalisesta koodista siten, että neljä kodonia 64:sta koodaa eri aminohappoa kuin eukaryoottien solulimassa.yksittäisessä
solussa tai kloroplastissa tarvitaan vähintään 30 siirtäjä-rna:ta proteiinituotantoon, sen sijaan mitokondrioissa 22 siirtäjä-rna:ta riittää. Tämä selittyy sillä, että useat mitokondrioiden siirtäjä-rna:t hyväksyvät minkä tahansa emäksen kodonin kolmannessa paikassa, eli yksi siirtäjä-rna voi käyttää neljää eri kodonia tuodessaan aminohappoja ribosomille. Mitokondriot tuottavat suurimman osan solun tarvitsemasta energiasta. Ne muuttavat ravintoaineisiin sidotun kemiallisen energian ATP:ksi, joka on solun pääasiallinen energialähde. Mitokondrion matriksissa tapahtuvat mm. pyruvaatin ja rasvahappojen hapetus (b-oksidaatio) ja näitä reaktioita seuraava sitruunahappokierto. Mitokondrion sisäkalvolla tapahtuu oksidatiivinen fosforylaatio, joka muuttaa sitruunahappokierrossa syntyneen NADH:n energian ATP:n muotoon.energiametabolian lisäksi mitokondrioilla on myös muita tehtäviä esimerkiksi solun jakautumisessa ja apoptoosissa. Sytokromi c toimii normaalisti mitokondrion hengitysketjussa, mutta vapautuessaan solulimaan se käynnistää apoptoosin eli ohjelmoidun solukuoleman. Mitokondriot osallistuvat myös muuhun solun sisäiseen signalointiin mm. varastoimalla toisiolähetteinä toimivia Ca2+-ioneja ja vapauttamalla ne tarvittaessa. Kalsiumien vapautuminen solulimaan voi saada aikaan esimerkiksi hermosolujen välittäjäaineiden vapauttamisen tai endokriinisten solujen hormonien vapauttamisen. Mitokondriot myös säätelevät solun hapettavia olosuhteita ja osallistuvat steroidien ja hemin synteesiin. Joitakin tehtäviä mitokondriot suorittavat vain tietyissä soluissa, esimerkiksi maksasoluissa ammoniakin detoksikaatiota (urean muodostus).ruskeassa rasvakudoksessa mitokondriot toimivat lämmöntuotossa, jolloin ei synny ATP:tä. Protonit ohittavat ATP-syntaasin ja kulkevat sen sijaan termogeniinin kautta sisäkalvon läpi, jolloin protonien potentiaalienergia vapautuu lämmöksi. Ruskean rasvakudoksen väri johtuu mitokondrioiden runsaasta määrästä. Mitokondrioiden oletetaan olleen alun perin itsenäisiä bakteereja, jotka ovat sopeutuneet elämään eukaryoottisolujen sisällä symbioottisessa suhteessa (ns. endosymbioottinen bakteeri). Mitokondriot ovat liittyneet osaksi eukaryoottisoluja ainakin kaksi miljardia vuotta sitten. Mitokondrion esi-isän ajatellaan olleen α-proteobakteeri (eräs ei-fotosynteettinen bakteeri), vaikka enää alle puolet mitokondrion proteiineista voidaan havaita lähisukulaisiksi tämän bakteerin proteiinien kanssa. Osa mitokondrion esiisän geeneistä on tuhoutunut endosymbioottisen elämän aikana ja osa on siirtynyt tumaan. Osa tuman DNA:ssa sijaitsevista mitokondrion proteiinien geeneistä ei kuitenkaan ole homologisia bakteerien geenien kanssa. Tällaiset geenit ovat syntyneet endosymbioottisen elämän aikana.mitokondriolla on omia ribosomeja, jotka kootaan mitokondriossa tumassa tuotetuista proteiineista ja mitokondriossa tuotetuista rrna-molekyyleistä. Yleensä mitokondrion rrna-molekyylit ovat 70S kokoisia kuten bakteereilla (muualla eukaryoottisolussa 80S). Nisäkkäiden ribosomit ovat kuitenkin vain 55S kokoisia. Niissä proteiinit ovat korvanneet osan ribosomin RNA-rakenteista, joten RNA on pienentynyt 55S kokoon. Nisäkkäiden mitokondrioiden ribosomit ovatkin suurempia kuin bakteerien, koska niissä on niin runsaasti proteiineja. Näitä proteiineja ei esiiny bakteerien tai eukaryoottien ribosomeissa, vaan vain mitokondrioiden ribosomeissa, ja ne edustavat endosymbioottisen elämän aikana syntyneitä mitokondrion proteiineja. Solun sisäinen tukiranka koostuu erilaisista proteiinisäikeistä. Niitä ovat mikrotubulukset, mikrofilamentit ja välikokoiset säikeet. Lisäksi solukalvon tukena on verkkomainen solukuorikko. Erilaiset säikeet muodostavat yhdessä monimutkaisen verkoston, joka kiinnittyy sekä tumaan että solukalvoon ja auttaa säilyttämään solun muodon. Mikrotubulukset toimivat myös tukena solunsisäiselle kuljetukselle. Mikrofilamentit puolestaan mahdollistavat solun liikkeen (mm. lihassolussa). Mikrofilamentit ja mikrotubulukset hajoavat ja muodostuvat nopeasti uudelleen solun tarpeiden mukaan, kun taas välikokoiset filamentit ovat pysyvämpiä rakenteita. Mikrotubulukset muodostavat yhden solujen tukirakenteista. Ne rakentuvat tubuliini-nimisistä proteiineista (alfa-, beta- ja gammatubuliini; n. 50.000 Da). Mikrotubuluksen rakenteellinen perusyksikkö on alfa-beta-tubuliinidimeeri. Gamma-tubuliini esiintyy mikrotubulusten päissä, mahdollisesti putken orientoijana.solun kulloistenkin tarpeiden mukaan mikrotubuluksia voidaan rakentaa tai purkaa hyvinkin nopeasti. Rakentuminen (polymerisaatio) ja purkautuminen (depolymerisaatio) tapahtuvat minuuteissa. Mikrotubuluksiin kiinnittyy apuproteiineja, jotka avustavat muun muassa polymerisaatiossa. Mikrofilamenttien muodostuminen perustuu polymerisaatioon ja depolymerisaatioon. Aktiinisäikeet ovat kuvan mukaisesti kierteisiä.aktiinin G-muoto on pallomainen monomeeri, joka muuttuu polymerisaation avulla säikeiseksi F-muodoksi.Säikeillä on erilaisia kytkentä- ja kiinnittymismolekyylejä, aktiinit pitävät myös yllä solun muotoa jännitystiloillaan.aktiinin välityksellä voi tapahtua liikettä, ihmisille varmaan läheisimpänä esimerkkinä lihaksien supistus myosiinin ja aktiinin liukuessa toistensa kanssa limittäin. Supistus vaatii ATP:stä saatavaa energiaa sekä kalsium-ioneja.bakteerien MreB-proteiinien muodostamat aktiinin-kaltaiset säikeet ovat rakenteeltaan hieman erilaisia, minkä vuoksi niiden muodostamat säikeet ovat kuvan kierteisen muodon sijasta suoria. Välikokoisilla filamenteilla ajatellaan olevan lähinnä rakenteellinen tehtävä, eli ne auttavat soluja kestämään mekaanisen kuormituksen aikaansaamia voimia. Kuitenkin tiedetään, että solut voivat hyvin elää ilman minkäänlaisia välikokoisia filamentteja. Niitä on useita eri tyyppejä, kuvassa on värjättynä vimentiini rustosoluviljelmässä.elektronimikroskoopissa ne näkyvät suorina säikeinä (10 nm paksuus). Nimensä ne ovat saaneet läpimitastaan, jonka puolesta ne sijoittuvat mikrotubulusten (25 nm) ja mikrofilamenttien (5 nm) väliin.välikokoisten filamenttien biokemiallinen koostumus vaihtelee solutyypin mukaan. Solukuorikko on proteiineista muodostunut tukirakenne solukalvon sisäpinnalla. Siellä tapahtuu paljon solun toiminnan kannalta keskeisiä tapahtumia.solukalvon reseptorit aktivoituvat niiden sitoessa oman ligandinsa, esimerkiksi jonkin kasvutekijän,
käynnistäen tyypillisesti solunsisäisten viestintään osallistuvien proteiinien fosforylaatioketjun, jonka loppputuloksena on ketjun määräämien geenien aktivoituminen transkription muodossa. Poikkijuovainen lihassolu on jättisolu, jossa on useita tumia. Mikroskoopissa solun rakenteessa erottuu poikkijuovia, joista solutyyppi on saanut nimensä. Lihassolun supistuva osa muodostuu myofibrilleista, joiden perusrakenne muodostuu peräkkäin olevista sarkomeereista. Myofibrillin supistumiskyky perustuu kahden proteiinin, aktiini- ja myosiinifilamentin, toimintaan. Hermoimpulssi saa solun pitkien säikeiden aktiini- ja myosiinirihmat liukumaan toistensa lomaan, jolloin sarkomeeri lyhenee ja lihas supistuu. Aktiini näkyy solussa vaaleina juovina ja myosiini tummina. Poikkijuovaiset lihassolut liittyvät kiinni toisiinsa päistään kytkylevyjen avulla muodostaen poikkijuovaista lihaskudosta. Poikkijuovaisia lihassoluja hermottaa somaattinen eli tahdonalainen hermosto. Luurankolihakset muodostuvat poikkijuovaisista lihassoluista. Sileälihassolut ovat poikkijuovaisia lihassoluja pienempiä ja niissä on vain yksi tuma. Sileät lihassolut ovat kuitenkin poikkijuovaisia lihassoluja kestävämpiä. Niitä hermottaa autonominen eli tahdosta riippumaton hermosto. Sileälihassolut muodostavat sileää lihaskudosta sisäelinten seinämien lihaskerroksiin. Sydänlihassolu on erittäin kestävä ja se on rakenteeltaan poikkijuovaisten lihassolujen kaltainen. Nimensäkin mukaan sydänlihassolua löytyy vain sydämestä. Ne ovat haaroittuneita yksitumaisia soluja, jotka noin 50 150 mikrometriä pitkiä ja 10 20 mikrometriä paksuja. Sydänlihassolut ovat yhteydessä toisiinsa aukkoliitoksin, jotta aktiopotentiaali pääsisi nopeammin leviämään solusta toiseen. Sydänlihassoluille on myös ominaista, että niissä on paljon mitokondrioita, koska ne tarvitsevat toimiakseen runsaasti energiaa. Sydänlihassolut käyttävät energiantuotantoonsaselvennä Aiemmin sydänlihassolukon uudismuodostumista pidettiin mahdottomana ihmisellä aikuisiässä. 2000-luvulla useat tutkimusryhmät ovat kuitenkin osoittaneet sydänlihaskantasolujen olemassaolon sydänlihaksessa. Myös muualta ihmiskehosta, varsinkin luuytimestä, eristettyjä kantasoluja on käytetty onnistuneesti sydäninfarktin hoidossa Tiedon kulku keskushermoston ja ääreishermoston välillä Motorinen hermosyy: keskushermosto ohjaa lihasten ja rauhasten (efektorit) toimintaa, sensorinen hermosyy: tieto aistinsoluista keskushermostoon. Hermosolun ominaisuudet: ärtyvyys, sähköisen signaalin kuljetus: aktiopotentiaali eli hermoimpulssi (pitkän matkan kuljetus). Proteiinit mukana signaalin muodostumisessa ja kuljetuksessa; Na + K + ATPaasi. Hermosolun rakenne; solukeskus sisältää soluliman. Solulima ja tuma muodostavat hermosolun sooman eli runko-osan, karkea endoplasmakalvosto näkyy värjäyksessä tummina rakeina. Näitä rakenteita kutsutaan Nisslin rakeiksi. Dendriitti kuljettaa viestejä hermosolulle, yleensä yhdessä hermosolussa useita. Aksoni, hermosolusa yleensä yksi aksoni, kuljettaa viestejä hermosolusta pois ja liittyy toisiin soluihin, yhdellä aksonilla voi olla yhteyksiä moneen kohdesoluun. Hermoston glia- eli tukisolut: Keskushermosto (oligodendrosyytit, astrosyytit, ependyymisolut, mikrogliasolut) ja ääreishermosto (schwannin solut, satelliittisolut, fibroplastit) Hermosolut pystyvät muodostamaan aktiopotentiaaleja, jotka etenevät suurella nopeudella aksoneja pitkin. Niiden johtumisessa tärkeässä osassa on kaksi ionipumppua, kalium-pumppu ja natriumpumppi, jotka toimivat yleensä yhteen kytkettyinä. Hermoimpulssit voivat syntyä aistisolujen ärsytyksestä, muiden hermosolujen synapseista tai dendriiteistä tulevista hermoimpulsseista tai solukalvon spontaaneista sähköpurkauksista. Synapsit: Synapseiksi eli hermopäätteiksi kutsutaan kahden hermosolun, tai kohde-elimen välistä liitoskohtaa. Ne voivat olla yhteydessä esimerkiksi lihassoluihin, rauhasoluihin tai aistisoluihin. Esimerkiksi keskushermostossa kunkin hermosolun läheisyyteen ulottuu jopa tuhansia päätehaaroja, jotka usein päätyvät päätejalkaan. Synapsit jaetaan: sähköisiin synapseihin (ihmisellä harvinaisia),kemiallisiin synapseihin, l. viesti siirtyy solusta toiseenvälittäjäaineen vapautumisella synapsirakoon. Synapsien tehtävä on hyvin keskeinen osa hermoston toiminnassa. Aivojen kyky käsitellä tietoa, esimerkiksi arvioida aistielimistä tulevia signaaleja ja ohjata lihasten toimintaa, on synapsien ansiota.muisti ja oppiminen taas perustuvat pitkäaikaisiin synapsimuutoksiin. Synapsit: hermo-lihasliitos:yksi hermosolu hermottaa useampaa lihassolua, yksi lihassolu yhteydessä yhteen hermosoluun. Presynapatisessa hermopäätteessä asetyylikoliini (ACE)rakkuloita, jotka vapauttavat ACE:n synapsirakoon, kun hermoa pitkin saapuva aktiopotentiaali saapuu hermopäätteeseen, Ca2+ -ioni pitoisuus kasvaa solulimassa -> ACE vapautuu rakkuloista. ACE avaa postsynaptisen kalvon reseptorikanavat, jolloin Na+ -ioneja virtaa lihassoluun ja sen synapsialue depolarisoituu. Positiivisesti varautuneet ionit leviävät depolarisoituneen alueen ympäristöön lihassolun soluliman läpi, jolloin myös nämä alueet depolarisoituvat. Luustolihassolun pintakalvossa runsaasti jänniteherkkiä Na+ -kanavia synapsialueen ulkopuolella. Synapsissa laukeaa aktiopotentiaali, joka etenee lihassolussa nopeasti kumpaankin suuntaan -> lihaksen supistuminen. Hermosolujen väliset synapsit: Suuria anatomisia eroja. Yksi hermosolu ottaa vastaan synaptista informaatiota monista muista hermosoluista. Signaalinsiirto synapsissa voi joko kiihdyttää (stimuloiva synapsi) tai ehkäistä (inhiboiva synapsi). Yksi stimuloiovaan synapsiin tuleva hermoimpulssi ei välttämättä laukaise hermoimpulssia vastaanottaja-aksonissa.
Solujen viestintä Passiivinen kuljetus: Pitoisuusgradientin suuntaan ilman energiaa, Kuljetettavalla aineella sähkövaraus,sähkökemiallinen potentiaali-> Sähkökemiallinen potentiaali->potentiaalienergian minimointi. Passiiviset kuljettajat;polaaristen aineiden kuljettajat transporttereita, vähentävät aktivaatioenergiaa; Avustettua kuljetusta (facilitated diffusion) Kalvokuljetus: Biologiset kalvot läpäisemättömiä polaarisille aineille -> tarvitaan proteiineja kuljettamiseen kalvon läpi. Vesi (polaarinen) läpäisee kalvon <- suuri pitoisuus (55.5 M). Veden nopeaan vaihtoon tarvitaan integraalisen kalvoproteiinin muodostama vesikanava eli akvaporiini. Kaasut läpäisevät kalvot (O2, N2, CO2). Akvaporiinit:Munuaisen tubulussoluissa, absorboivat vettä takaisin virtsanmuodostuksen aikana. Kasvisolujen vakuolin kalvolla säätelevät vakuolin vesimäärää, ylläpitävät solujen mekaanista rakennetta.virtausnopeus akvaporiinin läpi 5x108 molekyyliä/s. Glukoosikuljettajat: Punasolujen energiametabolia, GluT1 kiihdyttää glukoosin siirtoa punasoluihin 50 000 x,glut1 integraaliproteiini, 12 hydrofobista aluetta, alfa-kierteitä muod. kanavan, K1-arvo glukoosille 1.5 mm, K1-arvo galaktoosille 30 mm,; Solutyypeittäin,Maksassa GluT2,K1-arvo D-glukoosille 66 mm, Glukoosin sisäänotto maksasoluihin tehokasta, Glukoosin luovutus maksasoluista verenkiertoon glykolyysissä GluT:n avulla; GluT4 lihaksen ja rasvakudoksen glukoosin kuljettaja, Insuliini stimuloi GluT4, Aterian jälkeen glukoosin otto lihaksiin ja rasvasoluihin kiihtyy, Insuliini saa aikaan vesikkeleihin varastoituneen GluT4 siirtymisen solukalvolle Kuljetustapahtumaryhmät: uniportti kuljettaa yhtä aineitta, symportti kahden tai useamman aineen samanaikainen kuljetus samaan suuntaan, antiportti kahden tai useamman aineen kuljettaminen vastakkaisiin suuntiin Aktiivinen kuljetus: Vaatii energiaa, Aine siirretään konsentraatiogradienttia vastaan, Kuljettajaproteiinit tarvitsevat ulkopuolisen energialähteen. Energia ATP:ltä. Kuljettaja-ATPaaseja ATPaasityypit: P-tyyppi Katioininkuljettajia Fosforyloituvia Inhibiittoreita: bafilomysiini A, konkanamysiini A Periferaalinen kalvoproteiini ja 7 alayksikköä sekä inegraalinen kalvoproteiini + 3 alayks. (= protonikanava) Inhiboituvat vanadaatilla tai ouabaiinilla Na+K+-ATPaasi (Na+/K+ antiportteri) Ca2+-ATPaasi Mahalaukun seinämän parietaalisolujen H+ ja K+ antiportteri F-tyyppi Bakteerien solukalvoilla Eukaryosyyttien mitokondrioissa Kloroplasteissa Käänteisessä roolissa protonipumppuina V-tyyppi Vakuolityypin ATPaasit Protonipumppuja Happamoittavat eläinsolujen endosomeja, lysosomeja, Golgin laitetta ja eritysrakkuloita Kalvon lävistävä protonikanava eli F0-osa ja F1-osa (sis. ATPsyntaasin) Siirtää lääkeaineita ulos soluista (multidrug transporter) Aktivoiduttuaan lisää syöpäkudoksen vastustuskykyä samanaikaisesti useille lääkeaineille Ei reversiibeliä fosforylaatiota Ionoforit: Ioneja kalvon läpi kuljettavia orgaanisia yhdisteitä. Myrkkyjä tai antibiootteja. Valinomysiini kuljettaa K+-ioneja gradientin suuntaan. Monensiini (Na+/H+-vaihtaja). Gramisidiini muodostaa kalvoon ionikanavan ioneille, toimii myös matalissa Ta:ssa. Ionikanavat: solukalvoissa kaliumkanavia ja kloridikanavia. Eivät ole kyllästettävissä. Virtaus jopa 108 ionia/s. Kanava sulkeutuu tai avautuu vasteena solutapahtumaan (10-3s); jos molemmat (Cl- ja K- kanavat kiinni: V = 0; jos K-kanava auki ja Cl-kanavakiinni:V = - 58 mv; jos molemmat kanavat auki: V = 0 mv. Toiminta hermoimpulssin aikana: ennen depolarisaatiota kanavat kiinni, jännite solun sisällä negat. V=-70 mv. Na-kanava aukeaa hieman -> Na+ virtaa sisään; depolarisaatio. Na-kanava sulkeutuu ja K-kanava avautuu -> K+ virtaa ulos -> depolarisaatio jatkuu -> potentiaali lepotasolle 70 mv. Na- ja K-kanavat kiinni. Yksittäisen ionikanavan toimintaa voidaan tutkia patch clamp tekniikalla: solukalvo imetään mikropipetin sisään.
Hermosolujen kommunikointi: aktiopotentiaalin kulku aksonia pitkin. Myelinisoitu hermo,sähköinen synapsi, Ca-kanava presynaptisella puolella, ligandi=molekyyli, joka spesifisesti sitoutuu toiseen molekyyliin, neurotransmitteri voi tuottaa ekskitatorisen tai inhibitorisen vaikutuksen postsynaptiseen neuroniin. Typpioksidi, epätavallisen signaalimolekyyli. kaasu ja vapaa radikaali. Verisuonissa laajeneminen. NO vapautuu endoteelisoluista -> diffundoituu ympäröivään sileään lihakseen -> relaksaatio. Ylimärrä voi aiheuttaa septista shokkia. Nueronit tuottavat NO:ia aivoissa, aivojen ulkopuolella. Ruoansulatuskanavassa NO välittää relaksaatiota, välttämätön normaalin peristaltiikan toiminnan kannalta. Pelviksen alueen neuronit tuottavat NO:ia -> erektio. Aivoissa NO toimii neurotransmitterina, kuljettaa viestejä eri suuntiin kuin tavalliset transmitterit. Solukuolemat: välittää aivoissa epätavallisia solukuolemia, neurodegeneratiiviset sairaudet (esim. Huntingtonin tauti), typpioksidin lifetime n. 5s. Kantasolut Asymmetria: Tytärsolut ovat aluksi samanlaisia, mutta erilaistuvat ympäristön vaikutuksesta, ympäristön epäsymmetria. Jakautuminenkin voi olla epäsymmetristä. Endoteelisolut muodostavat verisuonet. Säätelevät vaihtoa verisuonten ja ympäröivien kudosten välillä. Endoteelisoluista peräisin olevat signaalit organisoivat verisuonten ympärillä oleaa sidekudoksen kasvua ja kehitystä. Aginogenesis: Verisuoten muodostuminen, uusien verisuoten synty kapillaarien epiteelisoluista. Endoteelisolut viljelmissä muodostavat sis.vakuoleja, jotka liittävät soluja toisiinsa. Kyseiset solut asettuvat viljelmässä kollageenin pinnalle. Uudet verisuonet kasvavat endoteelisoluista, jotka muodostavat onttoja kapillaareja eritetyssä kasvualustassa. Kapillaari syntyy maljaan 20 vrk:ssa. Alkaa kapillaariputken muodostuminen. Kapillaarin haaroittuminen, jonka tyvikalvon komponentit (mm. lamiini) käynnistävät ja ohjaavat. Tulehdusreaktio: Tulehduspaikan ympärillä olevat solut (yl.sidekudossoluja) tuottavat signaalimolekyylejä. Signaalimolekyylit vaikuttavat endoteelisoluihin. Solujen kiinnittyminen toisiinsa löystyy. Endoteelisolut erittävät selektiiniä, havaitsevat leukosyyttien pinnalla olevan hiilihydraattiosan. Tulehduspaikasta erittyy kemokineesejä ->kemoatraktantteja, jotka vetävät leukosyytit kapillaarien ulkopuolelle. Kantasolujen uusiutumiskyky: Aikuisen kudoksissa uudistumisesta vastuussa ovat useat kantasolutyypit. Joissakin kudoksissa uudistuminen ei ole mahdollista, koska kantasolut puuttuvat. Kantasoluja voidaan manipuloida keinotekoisesti -> solujen uudistuminen. Pahasti palaneen ihon epidermissolukko saadaankasvamaan. Vain tietyiltä aikuisen aivoalueilta voidaan ottaa siirrännäinen, joka tuottaa uusia neuroneja ja gliasoluja tuhoutuneiden tilalle. Embryonaaliset kantasolut (ES) erilaistuvat miksi soluiksi tahansa. Myös aikuisen luuydinsolut saadaan sopivassa ympäristössä erilaistumaan useammiksi solutyypeiksi kuin normaalissa ympäristössä -> sairauksien hoidot. Syöpä:Syövän kantasolut uhma normaalille solunjakautumiselle. Tunkeutuvat ja asettuvat solujen joukkoon. carcinoma = epiteelisoluista peräisin sarcoma = sidekudos- tai lihassoluista leukemia = hematopoieettiset solut Hermosolut